Anil Aanathaswamy： 极端天气物理学都在做什么

今天我要讲的是 我认为的最伟大的一项冒险 是人类有史以来 为了探求宇宙 以及我们在宇宙中的位置的探索。 我本身对这个项目的兴趣和激情， 开始的相当得偶然。 我曾经买过一本书， “宇宙和爱因斯坦博士” 是从西雅图的二手书店买来的平装本。 买了这本书很多年之后，一次在班加罗尔， 我整晚都睡不着， 于是我随后翻开这本书， 认为它在10分钟之内就会让我睡着。 于是我开始读了， 结果我一口气从午夜一直读到凌晨5点钟。 我完全沉浸在一种强烈的感觉里 充满了敬畏和愉悦 对于宇宙 以及我们凭借现有的能力对宇宙进行的理解。 这种感觉到现在都萦绕在我脑海里。

这种感觉是我的导火索 它真正的让我改变了我的职业方向 让我从一个软件工程师变成了一名科普作者 这样我就能参与到充满乐趣的科学事业当中了， 我同样得到了与其他人交流科学的乐趣。 这样的感受同样也引导我 开始了一场朝圣之旅， 去真真正正的了解地球， 去探究望远镜，探测器， 这些人类已经发明创造或者正在研究的设备 去探索宇宙 更多的细节。 正是这种感受，指引我走过了许多地方，比如像，从智利 从智利的Atacama沙漠 到西伯利亚 到过地下矿井 无论是日本阿尔卑斯山脉，还是在北美的 一直到南极洲 甚至进入了南极圈。

今天我非常荣幸跟大家分享 一些关于这些行程的故事和图片。 在过去的几年里，我基本上 在整理这些成果 这些英勇无畏的男男女女们 他们不断付出， 时时刻刻都面临着巨大的危险 在极端偏远和艰苦的环境下作业 只有这样他们才能收集到来自宇宙的最微小的信号 使得我们能够更清楚的了解宇宙。

首先，我为大家展示的是一张饼状图。 我保证这是仅有的一张饼状图 在今天整个的演讲里。 它会帮助我们了解：今天人类对于宇宙的知识的认识 这是现今人类所有的物理学理论 都是解释我们所谓的正常物质 这些也正是组成我们的物质 它们仅仅占到整个宇宙的百分之四 天文学家，宇宙学家和物理学家都认为 在宇宙中存在着一种暗物质， 它占据了宇宙的百分之三十二， 另一种物质称之为暗能量， 它弥漫在整个时空的结构中， 暗能量则占据了宇宙剩下的百分之七十三 所以，当我们审视这张饼图的时候可以发现，宇宙的百分之九十六 对于我们现有的考察来看 都是未知的，或者是知之甚少的。 几乎我探究得所有的实验，望远镜设备 在某种程度上都是为了研究这个问题 那就是：暗物质和暗能量的双生之谜。

首先我要带大家看看一个地下矿井 它位于明尼苏达的北部 在那里人们正在寻找 被称为暗物质的东西 之所以选择这里是因为他们发现了一个信号 一颗暗物质触动了他们的一个探测器。 之所以要到地下需找的原因是 如果在地球表面做同样的实验， 会被其他的信号干扰 比如宇宙射线 以及周围的无线电干扰， 甚至是人类的身体。你可能不相信， 但是我们的身体具有的放射性也足够去影响这项实验了 所以这些科学工作者深入到矿井内部 去需找一种没有干扰的实验环境 使得他们能够监测到 暗物质撞击检测器的声音。

我去参加了一次实验 事实上，你几乎是看不见的 因为实验室在完全黑暗的环境下进行的。 这是一个被矿工们遗弃了的地下洞穴 从1960年开始就废弃了 物理学家随后来到这里开始使用它 从二十世纪八十年代开始。 上个世纪早期的矿工们 实际上是靠蜡烛在这里照明的 时至今日，大家可以看到矿井内部 在深及半尺的地下。 这是现今世界上最大的地下实验室之一。 寻找暗物质正是他们其中一项任务。

还有另外一种需找暗物质的， 间接的方法。 如果暗物质确实存在在我们的宇宙中， 在我们的银河系中， 那么这些粒子就会相互撞击 从而产生其他我们熟知的粒子。 中微子就是其中之一。 而且中微子是可以被发现的， 通过他们留下的痕迹 当他们撞击水分子的时候。 中微子撞击水分子是 会产生一种蓝光 一种飞逝的蓝光， 但是通过需要这种蓝光， 人们就可以在本质上对中微子进行了解， 进而间接的去了解暗物质， 正是暗物质创造出出来这些中微子。 但是需要大量大量的水 才能完成这项实验。 大概需要十兆吨的水 也就是几乎是十亿吨的水 才有机会得到这些中微子。 然而在现实世界中，哪里能够得到这么多的水呢？ 在俄罗斯有一个巨大的水库。

这就是贝加尔湖。 它是世界上最大的湖。全场800千米。 约40到50米宽 在绝大多数地方， 有1至2千米深。 现在俄罗斯正在致力于 建设探测器， 并且将他们沉浸到数千米的湖底。 这样他们就能观察这些蓝色的闪光了。 这也正是我到达后迎接我的景象 这就是贝加尔湖 在西伯利亚最冷的寒冬山脉上。 湖已经完全结冰了 那些黑色的现状斑点 大家可以在照片背景中看到的， 正是物理学家工作的帐篷。 之所以我们必须在冬天工作， 是因为他们没有在夏天和春天工作足够的资金。 如果在春夏工作， 那么他们就需要船和潜水艇来辅助工作。 所以他们只能能到冬天 湖完全结冰后 他们就可以利用这些几米厚的冰 这样他们就可以在冰上建帐篷来工作了

这就是在冰上工作的俄罗斯人 在西伯利亚冬天的山脉上。 他们必须在冰上钻洞， 跳进水中，极冷极冷的水中， 去找到水中的设备，并且将其取出， 他们需要去完成所有的维护和修养工作， 而且要在冰融化之前将其刚回去，再取出来。 然而这些坚冰只能持续两个月 之后就会全部开化。 大家可以想象一下，这里就变成一个像海一样的湖了 水面下波涛汹涌。 至今我仍旧不能理解一个俄罗斯人 他居然可以裸着上身工作， 但是这正给大家展示了他工作得多么努力。 然而，就是这么几个人， 已经工作了近20年。 需找这些可能存在也可能不存在的粒子。 然而他们却倾注了他们全部的生命。 只是请大家想一想， 在超过20年的时间里，他们仅花费了2千万， 这样的条件是非常艰苦的。 他们的预算是极其有限的。 他们的厕所就是在冰上直接钻一个洞， 再在洞上简单的搭建一个木头棚子。 然而就是这么简单的设施， 他们每年都要依靠这些工作，

从西伯利亚一直到智利的阿塔卡马沙漠， 去观察一种巨型望远镜。 巨型望远镜这个名字 是这些天文学家取得， 他们给自己的望远镜命名，总是这么没有创造性， 我可以告诉你 他们下面正在准备建设的望远镜就叫：超巨型望远镜。 （笑声） 而且大家一定不会相信， 然后在那之后要建的望远镜就叫：极端巨大望远镜。 然而， 它确实是一项非常神奇的工程。 由4个8.2米得望远镜做成的。 除了其他的一些目的，这些望远镜 是被用于研究 宇宙是如何随着时间扩张的。 越多的理解这一点， 就会越好的理解 暗物质是什么-宇宙是什么构成的--所有的关于这些的问题。

我想给大家真是的就是这项工程中的一部分 就是这个望远镜 的镜面。 一共有四个镜面， 每一个镜面都是有一块单独的玻璃制成， 材料是巨大的高科技陶制品， 已经被抛光、打磨到非常精确的地步 唯一可以理解这种精确的方式 就是想象一个像巴黎一样的城市， 拥有巴黎所有的建筑包括埃菲尔铁塔， 如果按照这种精度去研磨巴黎， 会得到一毫米厚的沉淀物， 这样的打磨就是这些镜面所承受的精度。 令人叹为观止的一组望远镜。 这是另外的一个望远镜的图像。 至于一定要建造这些望远镜 在想Atacama沙漠这样的地方的原因 是因为这里是高纬度的沙漠地带。 干燥的空气对望远镜的观测是很有好处的， 同时，在高山地区的云层覆盖率也也比较低的。 这样这些望远镜 就有大约300天的晴天来观测了。

最后，我想让大家看看南极洲。 我想把今天大家的时间都用在地球的这个地方。 这里是宇宙的终极边境。 世界上好多最奇妙的实验 最极端的实验 都是在南极洲展开的。 我在那里参观了一项名为长续航时间的气球飞行实验， 气球带着望远镜等设备 一路飞往上层大气空间， 一直到平流层40千米以上的位置。 就是在这里他们展开实验的， 在这之后，气球的有效负荷会降低，然后下落。 最终将会降落在南极洲的罗斯冰架。 那就是美国的C-17货机 就是它载着我们从新西兰 飞往南极洲的麦克默多的。 就是在这里，我们换乘了我们的巴士。 我不确定大家是否能看到车上的字母， 但是我可以告诉大家，上面写的是：“地狱区间巴士。” 就是它把我们带去了麦克默多。

这就是到达麦克默多时迎接你的情景。 你几乎无法辨认出 这就是小屋。 这个小屋是由Rovert Falcom Scott和他的助手 在他们第一次到达南极洲的时候 第一次准备向南极圈进发的时候建造的。 因为这里实在是太寒冷了， 小屋里的东西他们全部留了下来， 他们最后几餐的剩饭仍旧被冰冻在这里。 这是一个极端的地方。 这就是麦克默多.每年夏天大于有一千个人在这里工作。 冬天大约有200人 届时这里将迎来6个月的连续黑暗。

我在这里观看了 这个特殊设备的发射。 这是一个宇宙射线实验 实验器材将被一路发射到平流层上层 海拔40千米的地方。 我想让大家想象一下的是，这些设备有两吨重。 然而需要用气球 去承载这些两顿重的设备 并且一直送达至海拔40千米的地方。 所有的工程师，技术人员和物理学家 全部集中到罗斯冰架。 而不是集中到南极洲，我就不解释具体原因了 但是它是这些气球起飞的最佳地点， 除了天气外。 至于天气，大家可以想象一下， 现在这里是夏天，人们仍旧站在200英尺厚的冰层上。 而且后面还有火山， 在火上口还有冰川覆盖， 他们必须要做的是 一定要集合气球里的所有设备 包括所有的组织物，降落伞，一切一切。在冰上。 然后用氢气填满气球。 整个过程需要近2个小时。

然而，天气因素会影响他们整个组装的进度。 比如，这里他们正躺在气球织物的后面， 事实上他们马上就要给气球填补氢气了。 大家看到的两辆离他们很远的卡车 每一台都装载了12箱压缩氢气。 现在，以防在起飞前天气有所变化， 他们必须把所有的东西全部打包装起了。 并且把它们都带到McMrudo站去。 正是因为这个特殊的气球 可以承载两顿的重量， 这个气球是特别巨大的。 气球的组成物自己就有两顿重。 为了尽可能的降低重量， 它是非常薄的，几乎就跟三明治包装纸那么薄。 然而如果他们要把它打包， 就必须将其放入盒子中， 并且重新将盒子粘贴好。 除了他们第一次做的时候， 是在德克萨斯。 在那里，他们不能穿着他们巨大的鞋子来做它， 所以他们把鞋子全部脱掉了， 赤脚进去了寒冷的箱子 来完成这项工作。 这就是这些人具有的献身精神。

这是气球已经装满氢气了， 大家可以看到它真的很美 这一景象 向大家展示了气球和承载物的所有情况。 气球已经被从左侧填满了氢气 气球的组织物一直连接到气球的中部 在那有一片电子控制器和爆炸装置， 用来连接降落伞， 而降落伞则连接到有效承载物上。 请大家记住，所有这些都是已经被完成了的 而且是在零度以下的极寒气温中被完成的。 他们都穿着重达15公斤的衣服和工具， 但是他们还要脱掉手套去完成一部分工作。 我非常荣幸可以和大家分享气球起飞的时刻。

（视频）对讲机：好的，释放气球， 释放气球，释放气球。

Anil Ananthaswamy：最后呢，我想跟大家分享两张图片。 这是我在印度的拉达克地区观看到的喜马拉雅山脉。 我希望大家能看到的 在右手边的正是望远镜。 在最左边的地方， 是一座大约400年前的佛教寺庙。 这是寺庙的近景图片。 我被这景象震惊了 并排的两个人类伟大的创造。 一个是用来探索外太空的宇宙， 一个是用来探究我们人类的内在。 二者都需要一份宁静的力量。

而真正使我震惊的是， 我在每一个地方看到的这些望远镜， 天文学家，宇宙学者， 都在寻求这样的一份宁静。 无论是排除电波的干扰 还是光的污染或者一切其他的影响。 如此清晰的是， 如果我们破坏了地球上这些宁静的地方， 我们就会被困在一个永远丧失探究外面世界的力量的局面里。 因为那样我们就失去了理解外层宇宙空间信号的能力。

谢谢大家。

（掌声）。